地球温暖化対策として、太陽光発電や風力発電などの再生可能エネルギーの導入が進められている。しかし天候や日照、季節の変化による出力変動が大きいという問題があり、商用電力グリッドを安定的に接続させることは難しい。解決策の1つとして、発電した電力エネルギーを一旦貯蔵して平準化できるような、大規模蓄電池技術の開発が進められている。

これまでに、鉛電池やナトリウム硫黄電池、ニッケル水素電池など、多種多様な畜電池が開発されてきたが、共通する課題として、貯蔵期間中に自然放電を起こすことが知られている。自動車を長期間放置すると「バッテリーが上がる」という現象だ。研究チームは、自然放電を極力防止できる蓄電池の開発にチャレンジし、溶融塩電解質による“凍結融解現象”に着目した。

室温で非導電性である固体無機塩を電解質とすることで、電力貯蔵時には正極と負極が絶縁状態となり、自然放電を抑制できる。電解質を加熱して溶融塩にすると、イオン伝導性を生じ、電池として活性化して電力を取り出すことができる。この溶融塩電池は、第二次世界大戦下でドイツにおいてV2ロケット用に開発された技術だ。

PNNLの研究チームは、資源的に豊富なアルミニウム陽極とニッケル陰極を用いるとともに、硫黄を電解質に添加してエネルギー密度の増大を図った。プロトタイプを試作した結果、初期貯蔵電力容量の92％を最大12週間保持できるとともに、理論的エネルギー密度は鉛蓄電池やフロー電池よりも高い260Wh/kgを得ることを確認した。また、陽極と陰極の間に設置されるセパレータには、高価で破損しやすいセラミックセパレータの代わりに、シンプルなガラス繊維を用いて低コスト化と堅牢性を確保した。

電力貯蔵に関する材料コストは、1kWhあたり約23ドルと非常に低い。研究チームは、さらに安価な鉄を使うことで、約6ドルまで下げられるとし、現在のリチウムイオン電池の材料コストの15分の1にできると期待している。

（fabcross for エンジニアより転載）